污泥厌氧发酵产氢的影响因素

污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 通常采用厌氧发酵处理并获取甲烷气体. 产氢产酸是污泥厌氧消化过程中的一个中间阶段. 本研究考察了原污泥和经碱处理的污泥在不同初始pH(3.0～12.5)条件下的产氢效果, 以及污泥性质和污泥浓度等对产氢效果的影响. 结果表明, 当初始pH为11.0时污泥发酵的产氢率达到最大值.采用原污泥发酵产氢时, 在初始pH为11.0的条件下发酵产氢获得的最大产氢率为8.1 mL/g, 而经碱处理的污泥在同样初始pH的条件下发酵产氢可将其产氢率提高一倍左右, 达到16.9 mL/g. 污泥经碱处理后厌氧发酵4d无甲烷产生, 且可有效地降低氢气消耗的速率. 另外, 污泥的VSS/SS值过低时会大大降低污泥的产氢率, 而污泥浓度对产氢率无明显影响.     

嗜热菌株AT07-1的分离鉴定及其在污泥溶解预处理厌氧发酵产氢中的应用

从湖南大学花园土壤中采集样品,用稀释涂布法分离和纯化适于污泥溶解的典型嗜热菌菌株,从中选出一株高效菌进行形态观察,并对其进行生理生化鉴定.结果表明,该菌株的革兰氏染色为阳性,呈细杆状,产芽孢,为好氧或兼性需氧细菌,最适生长温度为65℃,最适生长pH值为6.8~7.5.通过16SrDNA碱基测序和对比证实,该菌株是目前尚未报道过的一株嗜热菌,GenBank中注册命名为Bacillus thermophilic bacteria AT071(注册号:FJ231108).同时,将其纯种菌用于嗜热酶溶解（solubilization by thermophilic enzyme,S-TE）污泥稳定化处理,接种该嗜热菌可促进污泥中悬浮固体的溶解,2.5d时接种试验挥发性悬浮固体 (volatile suspended solid,VSS)溶解率达到59.41%,比不接种试验同期提高了25.58%,达到了EPA规定的污泥稳定化要求.进一步对经AT071预处理的污泥厌氧产氢效果进行研究,试验结果显示,接种处理后污泥发酵产氢效果良好,高出未接种处理（65℃热处理）污泥26.4%,发酵气体中只含有H2和CO2.     

不同底物种类对厌氧发酵产氢的影响

在批式培养试验中以人工配置的废水为原料,以厌氧消化污泥作为天然产氢菌源,通过厌氧生物发酵制备生物氢气,研究了不同底物葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、木糖、乳糖对产氢能力的影响,以及生物制氢发酵过程中液相组成的变化,并对产氢动力学和细菌生长动力学进行了分析.结果表明,5种底物中最佳的底物是葡萄糖,氢气含量、累积产氢量和氢气产量最高可达到49.52%、67.21 L/mol、3.23 mol/mol.发酵产氢代谢产物以丁酸和乙酸为主,乙酸的含量占到26.76%～40.49%,丁酸的含量占到37.60%-58.07%.并含有部分丙酸和乙醇,属于丁酸型发酵.丁酸/乙酸比值可作为衡量氢气产生效率的一个指标,比值越大产氢量越高.实验中氧化还原电位均在-300 mV以下,以厌氧为主.Gompertz模型能够很好地拟合其产氢过程和产氢菌生长过程.     

外加淀粉酶预处理污泥厌氧发酵产氢研究

通过外加淀粉酶预处理剩余污泥,考察了淀粉酶对污泥的破解效果,研究了接种产氢菌(Enterococcus sp.LG1)和未接种产氢菌两种状况下,污泥厌氧发酵产氢效果,并与相应温度(60℃)热预处理污泥的发酵产氢效果进行对比,同时分析探讨了污泥发酵产氢过程中底物和pH值的变化.结果表明,淀粉酶预处理污泥4h后水解效果最佳...     

酸性预处理污泥厌氧发酵产氢

通过批量试验系统研究了酸性预处理污泥厌氧发酵产氢情况.研究结果表明,通过酸性预处理,不仅对耗氢菌起到抑制作用,还能起到一定的融胞作用,使污泥中溶解性的糖和蛋白质的含量增加,促进厌氧发酵产氢;酸性预处理污泥厌氧发酵主要降解的有机物质为蛋白质,糖类次之.最佳的酸性预处理条件为调整原污泥pH=3.0放置24h;经过pH=3.0酸性预处理后调节初始pH=11.0的条件下厌氧发酵产氢,其最大累积产氢量最高,为14.66 mL.     

初始pH对酸性预处理污泥厌氧发酵产氢的影响

对污泥进行不同pH值的酸性预处理,用HCl将污泥pH值分别调到2.0、3.0、4.0、5.0,在4℃条件下放置24 h,然后再用NaOH分别调到2.0～12.0用于批量试验,系统考察了不同初始pH值对酸性预处理污泥厌氧发酵产氢的影响.研究表明,初始pH为2.0～4.0以及12.0时对产氢菌及耗氢菌有抑制作用,总体产氢量少;初始pH为5.0～9.0时,甲烷菌及产氧菌均活跃,产氢滞后时间短.但总体产氢量少;初始pH为11.0时,甲烷菌受到明显抑制,而产氢菌仍然活跃,总体产氢量较高,发酵后期pH恒定在7.0～8.0,经pH为2.0、3.0、4.0和5.0酸性预处理的污泥(干重)累积产氢量分别为0.59、1.83、0.50和0.56 mL/g.     

不同电解质对电化学预处理剩余污泥厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

电化学预处理剩余污泥(waste activated sludge, WAS)厌氧发酵(anaerobic fermentation, AF)产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFAs)具有良好的应用价值和环境效益,然而不同电解质对电化学预处理剩余污泥以及厌氧发酵的效果具有较大影响。因此,实验考查了不同电解质(空白对照,NaCl,Na₂SO₄和CaCl₂)在电流强度为1 A、预处理时间为60 min的电化学处理条件下,对剩余污泥厌氧发酵产VFAs的影响。结果表明:当0.05 mol/L NaCl作为电解质时,在电化学预处理阶段污泥有机质(溶解性COD、多糖、蛋白质等)溶出效果较其他电解质更好。在厌氧发酵阶段,该条件下VFAs最大累积量可达到2625.8 mg COD/L,相比空白对照组提升了51.6%,表明NaCl作为电解质的电化学预处理不仅能够有效促进剩余污泥中有机质溶出,而且有利于产酸微生物(如Firmicutes和Bacteroidetes)的富集,从而促进厌氧发酵产VFAs,达到提高污泥资源化利用率的目的。     

不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响

采用湿热水解技术处理餐厨垃圾,研究不同湿热预处理温度与时间下餐厨垃圾w(VS)(VS为挥发性固体)、ρ(CODs_Cr)(CODs为溶解性化学需氧量)、ρ(TOC)、ρ(TN)等指标的变化,以评价湿热预处理对餐厨垃圾厌氧产氢效能的影响. 在此基础上,结合厌氧产氢动力学分析,确定厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件. 结果表明:湿热预处理温度、时间对餐厨垃圾可浮油脱出量、w(VS)具有显著影响. 餐厨垃圾湿热预处理后ρ(CODs_Cr)、ρ(TOC)、ρ(TN)变化情况与w(VS)呈负相关. 餐厨垃圾经90℃湿热预处理30min后,可浮油脱出量为37.5mL/kg,w(VS)/w(TS)为95.12%,最大比产氢量达242.1mL/g,最大产氢速率为12.46mL/h,累积产氢率达0.88mol/mol,厌氧产氢启动时间为12.85h. 说明对餐厨垃圾进行适度的湿热预处理可有效提高有机物溶解性与生物可利用效率,进而提高厌氧发酵累积产氢量与产氢速率. 综合能耗、产出等因素,湿热预处理温度90℃,处理时长30min,为餐厨垃圾厌氧发酵产氢的最佳湿热预处理条件.      

新兴污染物对剩余污泥厌氧发酵产氢的影响研究

厌氧发酵产氢是污泥资源化利用的一种重要途径,然而污水处理过程中新兴污染会通过各种途径转移至污泥中,影响污泥的后续处理。总结了抗生素、表面活性剂、工业添加剂、溴系阻燃剂(BFR) 4种新兴污染物在污泥中的污染现状,阐述了新兴污染物对污泥发酵产氢的影响,并揭示了相关作用机制。同时,分析了新兴污染物在污泥发酵体系的降解转化规律。最后,对今后污泥中新兴污染物的研究做了展望,以利于污泥的资源化利用。     

类球红细菌利用混合底物光合产氢特性研究

研究了类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)利用有机酸和糖类作为混合底物的光合产氢特性。初步研究了6种有机酸和3种糖类的产氢活性,并选用具有最大底物转化效率的琥珀酸钠和最大平均产氢速率的葡萄糖混合进行光合产氢,对底物利用和pH变化对产氢影响进行了探索。结果表明,类球红细菌利用混合底物可提高平均产氢速率、底物转化效率和底物利用率,琥珀酸钠和葡萄糖按15/15(mmol/L)混合最大平均产氢速率达19.1mL/(L·h),底物转化效率和底物利用率分别提高了35.3%和13.3%。混合底物利用中的pH值调节和底物利用率提高是有利于类球红细菌的氢气产生提高的重要因素。     

水力停留时间对复合式厌氧折流板反应器乙醇型发酵制氢系统的影响

水力停留时间(HRT)是厌氧生物制氢工艺的重要工程参数.以红糖废水为底物,研究了HRT对复合式厌氧折流板反应器(HABR)作为乙醇型发酵制氢系统产氢效能的影响.结果表明,在设定的8~36 h范围内的5个HRT中,当HRT为12 h时,HABR制氢系统的效果最佳,产氢速率为13.86 mmol·(h·L)-1,COD去除率为51.51%,五格室的pH值在4.22~4.47之间,液相主要产物为乙醇和乙酸,第1~5格室乙醇和乙酸的比值分别为1.90、1.94、1.80、1.77、1.91,最佳能量生产为11.11 kJ·(h·L)-1.     

Pseudomonas sp.HS-2厌氧转化双酚F及疏水性蒽醌类化合物的促进作用

为揭示双酚F的厌氧归趋及提高双酚F的厌氧生物转化速率,本文以硝酸盐为电子受体,研究了Pseudomonas sp. HS-2厌氧转化双酚F的特性,并外加4种疏水性蒽醌类化合物(蒽醌、1-氨基蒽醌、2-氨基蒽醌、2-羟基蒽醌)来促进双酚F的厌氧转化.结果表明,菌株HS-2能够将双酚F厌氧转化为4,4-二羟基二苯基甲酮.最适培养条件为:硝酸盐5 mmol·L~(-1)、pH=7和温度35℃.在最适条件下,4种疏水性蒽醌类化合物均能促进双酚F厌氧转化,且2-氨基蒽醌的促进作用最明显.当2-氨基蒽醌浓度为20 mg·L~(-1)时,准一级反应速率常数为2.9×10~(-2) h~(-1),较不加2-氨基蒽醌体系提高了37.1%.在无硝酸盐存在时,2-氨基蒽醌不能使菌株HS-2厌氧转化双酚F.但当硝酸盐存在时,外加2-氨基蒽醌则能够促进双酚F的厌氧转化.     

不同氮浓度冲击对颗粒污泥脱氮过程中N2 O产生量的影响

采用好氧-缺氧SBR污水生物处理系统,考察不同进水NH4+-N浓度冲击对同步硝化反硝化型颗粒污泥脱氮过中N2O的释放规律和脱氮效果的影响.结果表明,当进水NH4+-N浓度分别从稳定的30 mg·L-1突然提高到40、60和80 mg·L-1时,氨氮去除率从80.04%降至61.40%、39.65%和31.02%,但氨氮的去除量变化不大,都在25 mg·L-1左右;另外,N2O产生量受进水NH4+-N冲击较小,在4个不同的进水NH4+-N浓度下,典型周期N2O产生量分别为3.019、3.489、3.271和3.490 mg·m-3,而且N2O释放速率都在0.004 5 mg·(m3·min)-1左右.同步硝化反硝化型颗粒污泥系统的好氧阶段和缺氧阶段均有N2O产生.不同的NH4+-N浓度冲击下,同步硝化反硝化型颗粒污泥系统对NH4+-N的去除量没有变化,但由于进水NH4+-N浓度的提高引起系统脱氮率显著下降.     

对比分析HRT对ACR乙醇型和丁酸型发酵制氢系统的影响

以糖蜜废水为基质,采用两套厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR)分别在p H为4.5~5.0、5.5~6.0下的启动和运行,以分别考察乙醇型和丁酸型发酵系统在不同水力停留时间(HRT)下的运行特性.结果显示,当进水COD=5000 mg·L-1,HRT从12 h缩短至4 h时,乙醇型发酵制氢系统中的产氢微生物菌属得到不断富集,在HRT=4 h时,系统的产氢速率和污泥比产氢速率分别达到30.1 L·d-1和13.5 mmol·g-1·d-1;而HRT的缩短使得丁酸型发酵系统内生物量减小,导致底物的转化率下降,反应器在HRT为8 h时,系统获得最大产氢速率,为9.3 L·d-1.研究结果也表明,在HRT为4~12 h的运行中,ACR乙醇型发酵系统的产氢效能始终优于丁酸型发酵制氢系统,其单位基质的氢气转化率约为丁酸型发酵的1.5~2.2倍.     

不同污染区巨菌草生物炭内源污染物分布及其生物毒性

由于生物质原料来源广泛,缺乏生物炭内源污染物及其用量限制标准,极有可能将含有高内源污染物的生物炭用于环境修复,产生潜在的环境风险.采用清洁区、中度和重度污染区的巨菌草为原料制备生物炭,考察其内源铜（Cu）和镉（Cd）全量及其酸溶态含量和持久性自由基（PFRs）分布,并研究生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率和抗氧化酶活性的影响.结果表明,重度污染区九牛生物炭Cu和中度污染区水泉生物炭中Cd含量分别是清洁区红壤生物炭Cu和Cd的3.73倍和4.43倍,九牛生物炭中酸溶态Cu含量分别是水泉和红壤生物炭的3.32倍和2.84倍,水泉和九牛生物炭中酸溶态Cd含量分别是红壤生物炭的7.95倍和5.11倍.3种生物炭中均含有相邻氧原子以碳为中心的PFRs,表现为：红壤>九牛>水泉.3种生物炭浸出液对小麦根伸长均表现为抑制作用,但均不同程度地提高了小麦幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性,其中九牛生物炭浸出液对小麦根伸长抑制率最高,达到27.7%.本研究表明,生物炭中内源重金属及PFRs等污染物的共同作用对小麦幼苗产生了显著的生物毒性,后期的研究需关注生物炭内源污染物的潜在环境风险,避免产生二次污染等环境问题.     

Optimized production of a novel bioflocculant M-C11 by Klebsiella sp. and its application in sludge dewatering

The optimized production of a novel bioflocculant M-C11 produced by Klebsiella sp. and its application in sludge dewatering were investigated. The optimal medium carbon source,nitrogen source, metal ion, initial pH and culture temperature for the bioflocculant production were glucose, NaNO3, MgSO4, and pH 7.0 and 25°C, respectively. A compositional analysis indicated that the purified M-C11 consisted of 91.2% sugar, 4.6% protein and 3.9% nucleic acids（m/m）. A Fourier transform infrared spectrum confirmed the presence of carboxyl, hydroxyl,methoxyl and amino groups. The microbial flocculant exhibited excellent pH and thermal stability in a kaolin suspension over a pH range of 4.0 to 8.0 and a temperature range of 20 to 60°C.The optimum bioflocculating activity was observed as 92.37% for 2.56 mL M-C11 and 0.37 g/L CaCl2 dosages using response surface methodology. The sludge resistance in filtration（SRF）decreased from 11.6 × 1012 to 4.7 × 1012m/kg, which indicated that the sludge dewaterability was remarkably enhanced by the bioflocculant conditioning. The sludge dewatering performance conditioned by M-C11 was more efficient than that of inorganic flocculating reagents,such as aluminum sulfate and polymeric aluminum chloride. The bioflocculant has advantages over traditional sludge conditioners due to its lower cost, benign biodegradability and negligible secondary pollution. In addition, the bioflocculant was favorably adapted to the specific sludge pH and salinity.     

Trametes sp.LS-10C产漆酶发酵培养基优化及其漆酶对偶氮染料的脱色性能

为了提高菌株Trametes sp.LS-10C的漆酶产量并初步研究该酶对偶氮染料的脱色性能,本文通过单因素实验及均匀设计对菌株Trametes sp.LS-10C产漆酶培养基进行了优化,获得最优培养基配方为:葡萄糖14.4 g·L~(-1)、豆渣10.1 g·L~(-1)、麸皮100 g·L~(-1)、NH_4Cl_3g·L~(-1)、KH2PO41.4g·L~(-1)、CuSO_4’5H2O 1 g·L~(-1)、NaCl 1 g·L~(-1)、MgSO_40.8 g·L~(-1)、CaCl_20.5 g·L~(-1).菌株发酵至8 d时漆酶产量为595.15 U·m L~(-1),约是优化前的35.66倍.进一步研究表明,该漆酶-介体系统对酸性红GR、酸性蓝40和酸性铬蓝K等3种偶氮染料脱色10 h后脱色率分别高达96.86%、91.28%和86.31%.相比公开发表的文献,本研究所报道的Trametes sp.LS-10C利用优化培养基发酵产漆酶达到了较高水平,具有酶活力高和发酵时间短等特征,且该漆酶在处理偶氮染料废水脱色领域中具有进一步研发和应用价值.     

菌株Cupriavidus sp. DT-1对液体和土壤中TCP的降解

采用液质联用（HPLC-MS）的方法检测菌株Cupriavidus sp.DT-1降解2-羟基吡啶（2-HP）的代谢产物.并用三亲结合、荧光定量PCR （q-PCR）方法评价降解菌对3,5,6-三氯-2-吡啶酚（TCP）污染土壤的修复效果.结果表明,菌株可以进一步降解2-HP,依次生成尼古丁蓝、马来酰胺酸和反丁烯二酸,直至转化成菌株DT-1生长的碳源.接种菌株DT-1对污染土壤中TCP的降解起到较大的促进作用,2组试验土壤中TCP （50mg/kg）降解率分别为94.4%和86.7%,未接种菌株的土壤中TCP降解率仅为20.4%和28.4%.带有绿色荧光蛋白基因gfp标记的菌株DT-1-gfp可在土壤中存活35d以上,并对TCP污染土壤的细菌群落丰度有显著的恢复作用.     

Biosorption of copper and zinc by immobilised and free algal biomass, and the effects of metal biosorption on the growth and cellular structure of Chlorella sp. and Chlamydomonas sp. isolated from rivers in Penang, Malaysia

In this study, the biosorption of copper and zinc ions by Chlorella sp. and Chlamydomonas sp. isolated from local environments in Malaysia was investigated in a batch system and by microscopic analyses. Under optimal biosorption conditions, the biosorption capacity of Chlorella sp. for copper and zinc ions was 33.4 and 28.5 mg/g, respectively, after 6 hr of biosorption in an immobilised system. Batch experiments showed that the biosorption capacity of algal biomass immobilised in the form of sodium alginate beads was higher than that of the free biomass. Scanning electron microscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy analyses revealed that copper and zinc were mainly sorbed at the cell surface during biosorption. Exposure to 5 mg/L of copper and zinc affected both the chlorophyll content and cell count of the algal cells after the first 12 hr of contact time.